JP2637525B2 - ターボ冷凍機の容量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ターボ冷凍機の容量制御装置に係り、特
に、例えば２段遠心圧縮機を用いた冷凍機の低容量時の
圧縮機の負荷動力を低減するのに好適なターボ冷凍機の
容量制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、地域冷暖房等に用いられるターボ冷凍機は大形
化，大容量化してきており、冷凍容量の制御が重要な課
題となっている。

従来の装置は、例えば特開昭62−173669号公報に記載
されているように、冷凍機の容量制御を圧縮機の２段目
のベーンの開閉で行うものであった。

すなわち、当該公報記載の技術は、ターボ圧縮機の吸
込部の可動吸込ベーンとデイフユーザ部の可動デイフユ
ーザベーンの両方を備えるとともに、蒸発圧力、凝縮圧
力、冷凍機の負荷状態などの冷凍機の運転状態に応じ
て、吸込ベーンとデイフユーザベーンをそれぞれ最適値
に制御する制御手段を設けたものであった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、ベーンを最小開度の状態にした場合
の冷凍容量以下の領域の容量制御について配慮がされて
おらず、低容量域では、凝縮器と蒸発器との間に設置し
たホットガスバイパス装置などを併用する必要があっ
た。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するため
になされたもので、凝縮器と蒸発器との間にホットガス
バイパス装置などを用いることなく、低冷凍容量域にお
いて遠心２段圧縮機を用いた冷凍機の容量制御を行い、
冷凍機の負荷動力を低減し、運転コストを低減しうるタ
ーボ冷凍機の容量制御装置を提供することを、その目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係るターボ冷凍
機の容量制御装置の構成は、多段遠心圧縮機、凝縮器、
蒸発器、および冷媒配管系によってターボ冷凍機を構成
し、上記多段遠心圧縮機は、少なくとも１段目と２段目
の吸気通路内にそれぞれ冷媒の流量を制御するベーンを
備え、かつ、２段目の吸気通路と２段目の吐出通路とを
結ぶホットガスバイパス通路と、このバイパス通路を開
閉するホットガスバイパス弁とを備えるとともに、冷凍
機の運転状態に応じて、目標とする被冷却体の温度、冷
媒の蒸発圧力、および冷媒の凝縮圧力の検出結果によ
り、前記ベーンとホットガスバイパス弁の開度を独立に
制御する制御装置および制御回路を備えたものである。

より詳しくは、冷凍機の運転状態に応じたベーンとホ
ットガスバイパス弁の制御は、高冷凍容量時には、ホッ
トガスバイパス弁を全閉状態にし、低冷凍容量時には、
１段ベーンおよび２段ベーンを最小開度に固定してホッ
トガスバイパス弁を開閉制御するようにしたものであ
る。

なお付記すると、上記目的は、遠心２段圧縮機の２段
目の吸気通路と２段目の吐出通路との間にホットガスバ
イパス通路を設けてホットガスバイパス弁を取り付け、
上記１段目のベーンと２段目のベーンと上記バイパス弁
とを、目標とする被冷却体の温度、冷媒の蒸発圧力と凝
縮圧力などの冷凍機の運転状態に応じて最適に制御する
ことにより、低容量域におけるホットガスバイパスによ
る動力損失が、インペラ１段分に低減されることによ
り、達成される。

［作用］ 上記手段のように、目標とする被冷却体の温度、冷媒
の蒸発圧力と凝縮圧力などの冷凍機の運転状態に応じ
て、ホットガスバイパスの必要ない領域では、圧縮機の
１段目と２段目の吸気通路に設けたベーンをそれぞれ最
も効率が高く、消費動力が少なくなる開度に制御し、ま
た、ホットガスバイパスの必要な領域においても、上記
ベーンを固定し、圧縮機の２段目の吸気通路と２段目の
吐出通路の間に設けたホットガスバイパス通路に取り付
けたホットガスバイパス弁を用いて容量を制御すること
により、圧縮機軸動力が従来装置による場合よりも低減
される。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るターボ冷凍機の容
量制御装置の構成図、第２図は、圧縮機の性能曲線の一
例を示す特性図である。

第１図において、１は遠心２段圧縮機、２は圧縮機駆
動装置、３は凝縮器、４は中間冷却器、５は蒸発器、６
は冷媒配管であり、これらで大容量のターボ冷凍機を構
成している。

７は、１段目の吸気通路内に装備され流量を制御する
ベーンに係る容量制御用１段ベーン（以下１段ベーンと
いう）、８は、２段目の吸気通路内に装備され流量を制
御するベーンに係る容量制御用２段ベーン（以下２段ベ
ーンという）、９は１段ベーン駆動用モータ、10は２段
ベーン駆動用モータ、11は、凝縮器３内に伝熱管部を挿
通する冷却水配管、12は、蒸発器５内に伝熱管部を挿通
する冷水配管、13は、冷水配管出口に設けた冷水出口温
度検出器、14は、前記凝縮器３部に設けた凝縮圧力検出
器、15は、前記蒸発器５部に設けた蒸発圧力検出器、16
は容量制御装置である。

また、17はホットガスバイパス通路で、このホットガ
スバイパス通路17は２段目の吸気通路と２段目の吐出通
路とを接続している。18は、前記バイパス通路17を開閉
するホットガスバイパス弁、19は、バイパス弁駆動用モ
ータである。

このような遠心２段圧縮機を用いたターボ冷凍機の容
量制御作用を説明する。

遠心２段圧縮機１は圧縮機駆動装置２によって駆動さ
れ２段目の吐出通路から高温高圧の冷媒ガスを吐出す
る。冷媒ガスは凝縮器３において冷却水配管11の冷却水
と熱交換して凝縮液化する。液冷媒は中間冷却器４を経
て蒸発器５に流入し、ここで冷水配管12の冷水と熱交換
し被冷却体である冷水から蒸発潜熱を奪い目標とする温
度の冷水をユーザに供給する。一方、冷媒は蒸発して低
温低圧のガス冷媒となり遠心２段圧縮機１の１段目吸気
通路に吸入される。

その容量制御にあたっては、冷水出口温度検出器13で
検出した冷水出口温度が常に規定の温度になるように、
容量制御装置16では、冷水出口温度と、凝縮圧力検出器
14により検出した凝縮圧力と、蒸発圧力検出器15により
検出した蒸発圧力の各検出値を用いて必要な演算を行
う。そして、１段ベーン駆動用モータ９、２段ベーン駆
動用モータ10、およびバイパス弁駆動用モータ19へ開ま
たは閉の信号を出し、１段ベーン７、２段ベーン８、お
よびホットガスバイパス弁18を開閉する。

第２図は、横軸に冷凍容量、縦軸に圧縮機軸動力をと
って、いずれもパーセント表示するものとし、従来の容
量制御による圧縮機軸動力を破線、本実施例（本発明）
の容量制御による圧縮機軸動力を実線で示している。ホ
ットガスバイパス弁非使用域すなわち冷凍容量の高い範
囲では、従来，本実施例とも性能曲線は同じであるが、
ホットガスバイパス弁使用域すなわち冷凍容量の低い範
囲では、従来技術と本実施例とで性能曲線に明らかに差
があり、本実施例の容量制御によれば従来にくらべ圧縮
機軸動力が低い。

本実施例の容量制御装置では、第２図に示すホットガ
スバイパス弁非使用域においては、ホットガスバイパス
弁18を全閉状態に固定して１段ベーン７と２段ベーンを
開閉する。また、ホットガスバイパス弁使用域において
は、１段ベーン７および２段ベーン８をそれぞれの最小
開度に固定してバイパス弁を開閉することにより、遠心
２段圧縮機１を流れる冷媒ガス量が増減し、冷凍機の冷
凍能力が増減する。

このようにして、本実施例によれば、従来の容量制御
の場合にくらべ次の効果がある。

（１）圧縮機による容量制御範囲が広くなる。

（２）低冷凍容量域における部分負荷時の効率が高くな
り消費動力が減少する。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、従来のように凝
縮器と蒸発器との間にホットガスバイパス装置などを用
いることなく、低冷凍容量域において遠心２段圧縮機を
用いた冷凍機の容量制御を行い、冷凍機の負荷動力を低
減し、運転コストを低減しうるターボ冷凍機の容量制御
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るターボ冷凍機の容量
制御装置の構成図、第２図は、圧縮機の性能曲線の一例
を示す特性図である。 １……遠心２段圧縮機、３……凝縮器、５……蒸発器、
６……冷媒配管、７……１段ベーン、８……２段ベー
ン、12……冷水配管、13……冷水出口温度検出器、14…
…凝縮圧力検出器、15……蒸発圧力検出器、16……容量
制御装置、17……ホットガスバイパス通路、18……ホッ
トガスバイパス弁。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多段遠心圧縮機、凝縮器、蒸発器、および
   冷媒配管系によってターボ冷凍機を構成し、 上記多段遠心圧縮機は、少なくとも１段目と２段目の吸
   気通路内にそれぞれ冷媒の流量を制御するベーンを備
   え、かつ、２段目の吸気通路と２段目の吐出通路とを結
   ぶホットガスバイパス通路と、このバイパス通路を開閉
   するホットガスバイパス弁とを備えるとともに、 冷凍機の運転状態に応じて、目標とする被冷却体の温
   度、冷媒の蒸発圧力、および冷媒の凝縮圧力の検出結果
   により、前記ベーンとホットガスバイパス弁の開度を独
   立に制御する制御装置および制御回路を備えたことを特
   徴とするターボ冷凍機の容量制御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、冷凍機の運転状態に応じたベーンとホットガスバイ
   パス弁の制御は、高冷凍容量時には、ホットガスバイパ
   ス弁を全閉状態にし、低冷凍容量時には、１段ベーンお
   よび２段ベーンを最小開度に固定してホットガスバイパ
   ス弁を開閉制御するようにしたことを特徴とするターボ
   冷凍機の容量制御装置。